人工智能以及朱迪亚·珀尔（Judea Pearl）的因果推理误区

Posted 2020-12-09

朱迪亚·珀尔（Judea Pearl）——以色列裔美籍计算机科学家、哲学家，以倡导人工智能的概率方法和贝叶斯网络而闻名。他还因在结构模型的基础上发展出因果和反事实推论而受到广泛称赞。2011年，ACM授予Judea Pearl图灵奖，以表彰他“通过发展概率和因果推理演算对人工智能做出的基础性贡献”。

Judea Pearl 在2018年出版了一本新著《为什么：关于因果关系的新科学》系统总结了自己近25年关于“因果推断”探索的思想结晶、研究成果。下面我们对该书中文版[1]的部分文字和图片进行引用和整理，以帮助大家快速了解他的基本思想。

因果关系的三个层级
Judea Pearl的这部著作，核心围绕“因果关系之梯”的三个层级来描述，他说：“我在机器学习方面的研究经历告诉我，因果关系的学习者必须熟练掌握至少三种不同层级的认知能力：观察能力（Seeing）、行动能力（Doing）和想象能力（Imagining）。”

第一层级（关联）：观察能力，指发现环境中规律的能力。
第二层级（干预）：行动能力，指预测对环境刻意改变后的结果，并根据预测结果选择行为方案。
第三层级（反事实）：想象能力，指想象并不存在的世界，并推测观察到的现象原因为何。
第一层级“关联”和第二层级“干预”主要针对当前的弱人工智能，包括对现有贝叶斯网络在深度学习领域的拓展、前门标准实践、do演算等核心算法；而第三层级“反事实”，Judea Pearl 认为反事实能力基于基于人的想象力和假设，是人类独有的思考能力，也是令人工智能达到人类智能的关键命门。
朱迪亚·珀尔的在人工智能领域的贡献是有目共睹的，其研究的核心也是有非常大的贡献的，这两点是值得肯定的。但是我们并不能完全同意其观点。因果推理只是推理中的一种形式，推理只是逻辑体系的一种形式。逻辑只是类脑能力的一种形式。因此想解决机器人的类脑思考能力，绝对不仅仅是因果推理那么简单。我们看新一代智能，认知智能的架构图。

从这个架构图上，我们可以看到推理在逻辑范畴之内。人脑大致有9大核心能力，感知，记忆，学习，理解，认知，逻辑，情感，沟通，意识等。这九大核心能力共同支撑起了，人脑的综合智能，综合智能产生了人脑的综合智慧。核心就是大脑的各个核心能力的协调相互作用，才能产生智慧体系。绝不仅仅是单纯的推理，甚至因果推理可以构建支撑起来全面的类脑智能体系的。这里并不否认推理的关键性作用。但是离开其他方面的类脑能力，单纯的因果推理，甚至是推理都成了无源之水无本之木，推理不是单纯性的存在，而是和其他类脑能力有着极其密切的关系。只有构件好全面的类脑能力之后，才能最终支撑起来类人的智能体系。因此我们说其理论体系存在管中窥豹的现象。
我们再从皮亚杰的认知发展论来看。认知发展理论是著名发展心理学家皮亚杰所提出的，被公认为20世纪发展心理学上最权威的理论。所谓认知发展是指个体自出生后在适应环境的活动中，对事物的认知及面对问题情境时的思维方式与能力表现，随年龄增长而改变的历程。皮亚杰对认知发展研究的特殊兴趣是出于将儿童的认知发展看作是沟通生物学与认识论的桥梁，他认为通过对儿童个体认知发展的了解可以揭示整个人类认识发生的规律，从而建构起他的整个学说“发生认识论”。皮亚杰的认知发展论核心包含四个阶段：感知运动阶段，前运算阶段，具体运算阶段，形式运算阶段。 以下是四个阶段的具体细化：
一：感知运动阶段理论与落地方法

1. 感知能力规划与感知器官构建。
2. 运动能力规划与运动系统构建。
3. 环境结构，范畴，边界划分与识别。
4. 感知信息传导加工和存储体系构建。
5. 类脑结构初步规划与构建。
6. 信息记忆体系构建。
7. 结构化感知信息的整合，融合和贯通。
8. 感知学习体系构建。
9. 运动图式体系构建。
10. 主体与客体和环境协同交互方式体系规划与构建。
11. 综合感知中枢体系构建。
12. 客体永恒性体系构建。
    二：前运算阶段理论与落地方法
13. 感知信息与符号体系交互对应体系构建。
14. 感知信息与语言和概念体系交互对应体系构建。
15. 信息理解体系应用与构建。
16. 综合认知模式结构和维度体系构建。
17. 逻辑思维模式和范式初步整合与积累。
18. 记忆结构化信息与思维模式范式的对接体系构建。
19. 信息，符号和概念在思维模式范式下的运算模型构建。
20. 思维运算结果的存储和应用体系构建。
21. 思维形象性和不可逆性体系的建立。
22. 自我为中心认知体系的初步建立。
23. 整体认知学习理解中枢体系的初步建立。
24. 泛灵模式的初步形成与建立。
    三：具体运算阶段理论与落地方法
25. 系统化结构信息体系的积累与建立。
26. 系统化符号体系的建立。
27. 系统化概念体系的建立。
28. 系统化认知体系的建立。
29. 系统化逻辑体系的建立。
30. 系统化沟通与情感体系的建立。
31. 主体客体与环境的综合理解与认知体系构建。
32. 符号概念体系永恒性的建立。
33. 思维的可逆性连贯性灵活性的体系的形成与建立。
34. 常识体系与知识体系与经验体系的建立。
35. 逻辑思维体系的综合应用体系构建。
    四：形式运算阶段的理论与落地方法
36. 感知体系的监控总结验证与反思体系的建立。
37. 信息和符号和概念体系的监控总结验证与反思体系的建立。
38. 综合认知体系的监控总结验证与反思体系的建立。
39. 记忆，学习，理解，情感，思维，沟通等体系的监控总结验证与反思体系的建立。
40. 抽象思维和思维的可逆性，补偿性体系的形成与构建。
41. 内省体系的初步建立。
42. 大脑中枢体系的构建与应用。
43. 感知，认知，思维的贯通性，融合性与穿透性体系初步建立。
44. 综合意识体系系统化成熟与深度应用体系构建。
    从皮亚杰的认知发展论上，也可以去系统的构建了类人脑的能力。而类人脑的能力，绝对不只是推理那么简单，更不是因果推理那么单一的维度。也不只是事物关系推理那么单一维度。因果和事物关系，都是认知的维度之一。我们具体看下什么是认知维度。认知维度技术体系是认知智能三大技术体系（认知维度，类脑模型，万维图普）之一 。认知维度技术体系以中西方哲学思想体系，认知语言学，形式语言学，三体论等思想体系为基础，以划分人类认知范围和边界为目的，以认知维度的识别和应用为导向而形成的全新一代认知智能奠基技术体系之一。
    认知维度划分我们认知的边界和范畴，认知的边界和范畴也是认知宇宙世界的视角和侧面。寻找到认知的范畴和边界，将有助于我们破解信息体系结构，符号体系结构和语言体系结构。
    认知维度和信息论，符号学，语言学，认知语言学，形式语言学等都有密切关联。信息，符号，语言等体系都是表达认知结果的方式，理清楚认知维度，将有助于我们深度理解信息，符号和语言体系。特别是语言中语义体系的破解有重大作用。
    认知维度和语言中的语义单元是对应的关系，在哲学体系上命名为认知维度，在语言学体系上命名为语义单元，因此破解认知维度的同时也就破解了语义单元，从而在技术体系上实现语言的深度理解。把NLP中的形式化语言理解推向全新的高度，语言的语义认知和理解。因此认知维度技术体系是理解信息体系，符号体系，和语言体系最重要的基础体系之一。认知维度的划分本文大致从两个方面进行介绍。认知维度的划分主要从以下两个方面进行。
    第一：宇宙论和哲学层面的认知维度划分。
    第二：语言学层面的认知维度划分。
    这两种方法，最终都是殊途同归。都能够寻找到相应的认知维度。认知维度本身也是树形结构。从宇宙论和哲学体系可以找到认知的根在宇宙，宇宙包含两大认知维度，时间维度和空间维度。空间中包含众多可见或不可见之物体。物体对应概念，概念有属性，状态，行为，数量，关系等相关认知维度。概念，属性，状态，行为，数量，关系等都是最基础的从宇宙论和哲学体系可以找到的根部级别的认知维度。此根部级别的认知维度适应万物，万物皆有此视角侧面。时间和空间下包含概念，属性，行为，状态，数量，关系等认知维度。属性下又包含10多万分支认知维度。行为认知维度下，又包含，主体，客体，并列体，原因，结果，过程，地点行为方式，行为状态，等等认知维度。认知维度是一颗认知维度树，最根部的节点就是宇宙，下层是时间和空间，再下层，概念，属性，行为等等，正常要分到第四层级，泛化到现象级。从认知维度体系上看，因果只是人类认知体系的其中一个维度。人类认知的维度大致有300多个。不同维度之间也会交叉组合。这种交叉组合综合支撑起来类人脑的各个方面的能力，包括逻辑体系及其下面的推理体系。因此，我们从皮亚杰和认知论等思想方面也能看到朱迪亚理论的片面性。
    如果要构建起来全面的类脑能力，产生类脑的智慧体系，就需要全新的智能体系，新一代智能体系，认知智能体系。下面是认知智能的简介：认知智能是计算机科学的一个分支科学，是智能科学发展的高级阶段，它以人类认知体系为基础，以模仿人类核心能力为目标，以信息的理解、存储、应用为研究方向，以感知信息的深度理解和自然语言信息的深度理解为突破口，以跨学科理论体系为指导，从而形成的新一代理论、技术及应用系统的技术科学。 认知智能的核心研究范畴包括：1.宇宙、信息、大脑三者关系；2.人类大脑结构、功能、机制；3.哲学体系、文科体系、理科体系；4.认知融通、智慧融通、双脑(人脑和电脑)融通等核心体系。认知智能四步走：1.认知宇宙世界。支撑理论体系有三体（宇宙、信息、大脑）论、易道论、存在论、本体论、认知论、融智学、HNC 等理论体系；2.清楚人脑结构、功能、机制。支撑学科有脑科学、心理学、逻辑学、情感学、生物学、化学等学科。3.清楚信息内涵规律规则。支撑学科有信息论、符号学、语言学、认知语言学、形式语言学等学科。4.系统落地能力。支撑学科有计算机科学、数学等学科。如果没有全新的智能体系进行支撑，也不太可能产生类脑的智能体系的，任重而道远。中国的新一代智能体系正在崛起，未来也必将领先欧美，占领智能时代的新高地。国外先进的体系，我们要学习，国外有明显弊端的体系，我们也要清晰的认知。不能盲目，更不能盲从，更不能无视中国原生的核心体系。